DE8717822U1

DE8717822U1 - Vorformling für wiederbefüllbare Polyester-Getränkeflaschen

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Publication number: DE8717822U1
Application number: DE8717822U
Authority: DE
Original assignee: Graham Packaging Pet Technologies Inc
Current assignee: Graham Packaging Pet Technologies Inc
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1987-05-25
Publication date: 1990-12-20
Anticipated expiration: 1997-05-26
Also published as: EP0479393B1; DE3752346T2; EP1145968A1; EP0247566A3; ATE131437T1; EP0494098B1; MX170668B; US4755404A; EP1145968B1; DE3752110D1; DE3774885D1; DE3752374T2; ATE69764T1; AU7368087A; DE3752374D1; DE379264T1; DE737621T1; DE3752346D1; EP0379264A2; EP0494098B2

Description

C 1299 HO

Ausscheidung aus G 8? 17 827.3

CONTINENTAL PET TECHNOLOGIES, Inc.

Vorformling für wiederbefüllbare Polyester-Getränkeflasche

Die vorliegende Neuerung betrifft neue und nützliche Verbesserungen an Vorformlingen für Behälter und
Plastikflaschen, die wiederbefüllbar sind.

Eine wirtschaftlich und kommerziell einwandfreie und wiederverwendbare Plastikflasche würde die bestehenden Probleme mit der Müllagerung und dem Recycling von Einweg-Plastik-Getränkeflaschen vermindern und insbesondere die Probleme mit Plastik-Getränkeflaschen verringern, die aus PET (Polyethylen-Terephthalat) bestehen. Zusätzlich würde eine wiederauffüllbare Flasche den Eingang dieser sicheren und leichtgewichtigen Plastikbehälter in solche Märkte ermöglichen, die gegenwärtig von Glas dominiert werden, wenn nämlich die entsprechenden Gesetze die Verwendung von Einweg-Packungen verbieten.

In technischer Hinsicht muß eine wiederauffüllbare Plastikflasche über eine Mindestzahl von 5 und vorzugsweise 10 Verwendungszyklen oder Schleifen ästhetisch und funktional einwandfrei bleiben, um wirtschaftlich brauchbar zu sein. Eine Schleife besteht aus (1) einer leeren Laugenwaschung, auf die (2) eine Verunreinigungs-

prüfung und Produktbefüllung bzw. das Verschließen folgt, eine Warenhaus-Lagerung (3), die Verteilung an Großmarkt und Einzelhandel (4), und (5) der Verkauf, dann die Verwendung und Leerlagerung beim Verbraucher, worauf ein möglicher Rücklauf zum Händler erfolgt. Um die Akzeptanz zu garantieren, sollte der Plastikbehälter eine Füllpegelvolumen-Variation von 1,5 % oder weniger haben und über suine nutzbare Lebensdauer gegenüber Schlag, Bruch und/oder sonstigem Versagen aufgrund von Umgebungsbeanspruchung widerstandsfähig sein.

Der ideale wiederbefüllbare Plastikbehälter muß klar und transparent sein, um eine visuelle Verunreinigungsprüfung vor der Befüllung durchführen zu können. Zusätzlich sollte der Behälter einen einteiligen Aufbau mit einem einstückigen blasgeformten Bodenelement haben, um Probleme mit der visuellen Prüfung und andere Probleme auszuschalten, die mit zweiteiligen Behältern verbunden sind (d.h. zweiteilig wird definiert als ein blasgeformter Körper mit einem halbkugelförmig geschlossenen Ende, das typischerweise an einem spritzgegossenen Becherteil befestigt ist, wobei der Becherteil für die vertikale Stabilität sorgt).

An dieser Stelle ist hervorzuheben, daß verschiedene Polymerarten die Klarheit und physikalischen Eigenschaften besitzen, die für uie Produktion wiederbefüllbarer Plastikflaschen und derartiger Behälter für notwendig

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gehalten werden. Diese Polymere umfassen beispielsweise Polyethylenterephtalat (PET), Acrylnitril, Polyarylat, Polycarbonat, etc. Von den kommerziell erhältlichen Polymeren bietet PET das beste Gleichgewicht der Eigenschaften und Kosten/Nutzen-Verhältnisse.

Einweg- PET-Getränkebehälter werden kommerziell zum größten Teil im Wege eines zweistufigen Prozesses hergestellt, der den Spritzguß und/oder die Extrusionsformung eines Vorformlings umfaßt, gefolgt von einer Wiedererhitzung des Vorformlings, einem Spannungsausgleich und einer Dehnung im Blasformverfahren auf die gewünschte Behältergeometrie. Die Anwendung der bekannten Getränkeflaschen-Technologie auf wiederverwendbare PET-Behälter führt nicht zu akzeptablen Nutzungsergebnissen. Insbesondere genügen diese Behälter, die mit herkömmlichen Verfahrenstechniken produziert sind, schon nach zwei oder drei Umläufen oder Schleifen nicht mehr den Gütekriterien für wiederauffüllbare Behälter.

Beispielsweise zeigt die DE-OS 29 10 609 einen Vorformling aus Polyethylen-Terephthalat (PET) mit relativ hoher Grenzviskositätszahl (IV), z.B. über 1,0. Außerdem besitzt dieser bekannte Vorformling eine im wesentlichen gleichförmige Seitenwand- und Bodenwandstärke und einen kurzen, sich verjüngenden Schulter-Übergangsbereich.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Neuerung, einen

Vorformling für einen blasgeformten, wiederbefüllbaren, dünnwandigen Thermoplastbehälter (PET) anzugeben, der seine ästhetische und funktionale Güte über 5 bis 10 vollständige Auffüllzyklen oder Schleifen behält. · Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Behälter, wie er in den Ansprüchen gekennzeichnet ist. Vorzugsweise hat der Vorformling einen unteren Seitenwandbereich mit größerer Wandstärke, um dem späteren blasgeformten Behälter eine größere Spannungsbruchfestigkeit zu geben.

Zusätzlich schafft ein verlängerter, sich verjüngender Schulter-Übergangsbereich neben dem Halsabschluß eine vergrößerte Spannungsbruchfestigkeit in dem späteren blasgeformten Behälter. Ferner hat der Vorformling vorzugsweise eine dickere Bodenwand, die ebenfalls eine vergrößerte Spannungsbruchfestigkeit in dem späteren Behälter schafft.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines typischen Zyklus oder einer Schleife, durch die ein wieder>-Buffüllbarer Behälter läuft;

Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht durch einen Vorformling von bestimmtem Aufbau, wobei die gewünschten strukturellen Flascheneigenschaften erhalten werden können;

Fig. 3 ist eine unvollständige Querschnittsansicht,

die entlang der Linie 3-3 der Fig. 2 genommen ist und den allgemeinen Querschnitt des Vorforflings zeigt;

Fig. 4 ist eine horizontale Querschnittsansicht, die entlang der Linie 4-4 von Fig. 2 genommen ist und den Querschnitt des Vorformlings in diesem Hohlraumgebiet zeigt;

Fig. 5 ist eine vertikale Schnittansicht durch eine typische wiederauffüllbare Flasche, die erfindungsgemäß hergestellt wurde;

Fig. 6 stellt eine vergrößerte unvollständige Querschnittsansicht dar, die insbesondere einen gewünschten Unterkörper und den Bodenaufbau zeigt.

Es ist gefunden worden, daß das Versagen (durch Rißbildung und Ausbreitung) von biaxial orientierten geblasenen PET-Flaschen und dergl. Behältern, die Laugen-Waschbädern ausgesetzt waren, vorwiegend in dem Bodengebiet und insbesondere in dem mittleren Teil des Bodengebietes auftritt, der wenig oder keine Orientierung besitzt. Ferner ist in den letzten Jahren ein Verfahren zum Erhöhen des strukturellen Zusammenhalts des Bodenaufbaus eines geblasenen Plastikmaterial-Behälters entwickelt worden, wie es beispielsweise in der US-PS 4 334 627 (erteilt am 15.6.1982) offenbart ist. Nach diesem Patent sind die Vorf ">rmlinge in ihrem unteren

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Teil, d.n. demjenigen Teil, der den Behälterboden ausbildet, mit longitudinalen Rippen versehen.

Zusätzlich ist in den letzten Jahren gefunden worden, daß die Grenzviskositätszahl (intrinsic viscosity, IV) von PET-Homopolymeren ein wichtiger Faktor ist im Hinblick auf die Verminderung von Rißbildungs- und Ausbreitungs-Problemen.

Hiervon ausgehend sind Vorformlinge des Typs, wie sie in der US-PS 4 334 627 offenbart sind, durch herkömmliche Formverfahren unter Verwendung von PET-Homopolymeren hergestellt worden, welche Grenzviskositätszahlen von 0,72, 0,85 bzw. 1,06, auf der Grundlage von Messungen nach den ASTM D 2857 Standards haben. Insbesondere waren die Vorformlinge mit einem geformten Gewinde-Halsabschluß kreisförmig im Querschnitt, 15,24 cm lang unterhalb des Halsabschlusses und hatten einen Außendurchmesser von 2,86 cm in der Mitte des Körpers bei einer Wandstärke in C_r Größenordnung von 0,46 +/- 0,051 cm. Dieser Vorformling wurde benutzt, um 1-Liter-Flaschen mit einer Höhe von 25,4 cm unterhalb das Halsabschlusses und einem maximalen Durchmesser von 7,62 cm sowie einem "Champagner"-Einstichboden zu bilden.

Die folgenden herkömmlichen Verfahrensbedingungen wurden verwendet:

• a ·	•	*• · · ·**
* · « · &igr;	*
75		sec.
2	.5	sec.
6	,5	sec.
60		⁰C

Vorformling-Aufheizzeit

Blaszeit

Gesamtformungs-Zykluszeit

Formtemperatur

Die Vorformling-Aufheiztemperatüren wurden eingestellt, um eine Wanddicke in dem Behälterkörper von 0,51 +/- 0,12 mm bei einer minimalen Vorformling-Temperatur zu erzielen, die notwendig ist, um klare Behälter zu erzeugen. Die durchschnittlichen Vorformling-Temperaturen, nach Messung in einem Isoparabol-Tropfen-Kalorimeter, betrugen 85 "C, 88 "C bzw. 97,8 ⁰C für Polymere mit der Grenzviskositatszahl 0,72; 0,84 bzw. 1,06.

Gemäß dem obigen Programm gebildete Behälter wurden dem folgenden simmulierten Zyklus unterworfen:

Zunächst wurde jeder Behälter einer typischen kommerziellen Laugenwaschung-Lösung ausgesetzt, die mit 3,5 Gew.-% Natriumhydroxyd und Leitungswasser hergestellt wurde. Die Waschlösung wurde bei 60 "C gehalten und die Flaschen wurden 15 Minuten lang unverschlossen in das Bad getaucht, um die Zeit/Temperatur-Bedingungen eines kommerziellen Flaschenwasch-Systemes zu simulieren.

Nach Entfernung aus der Waschlösung wurden die Flaschen mit Leitungswasser gespült und dann mit einer Lösung aus

kohlensäurehaltigem Wasser bei 4,0 +/- 0,2 Atmosphären befüllt, verschlossen und in einem auf 37,8 ^eC erwärmten Konvektionsofen bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit 24 Stunden lang gehalten. Der Fülldruck kann jedoch trotzdem so hoch wie 5 Volumen (5 Atmosphären) sein. Diese erhöhte Ofentemperatur wurde gewählt, um längere kommerzielle Lagerzeiträume bei geringen Umgebungstemeraturen zu simulieren. Nach Entfernung aus dem Ofen wurden die Behälter geleert und wiederum demselben Wasch/Befüll-Zyklus bis zum Versagen unterworfen.

Zusätzlich wurden Kontrollflaschen aus dem Lauf mit der Grenzviskositätszahl (IV) 0,84 zwanzig aufeinanderfolgenden Waschzyklen 15 Minuten lang ausgesetzt, wobei keine Druckbeaufschlagung zwischen den Zyklen erfolgte, und andere wurden 20 aufeinanderfolgenden Druckfüll- und Speicher-Zyklen bei erhöhter Temperatur ausgesetzt, wobei keine Laugenwaschung zwischen den Zyklen vorgenommen wurde. Die Ergebnisse dieser Tests sind nachstehend aufgelistet:

-9-

	Zyklen bis	Waschen)	-	Druck)	10 Zyklen	Durchschnitt
	zum ersten	Volumen-	liehe ab
IV	Versagen	Veränderung	schließende
		in Prozent	Vertikali-
			tät (TIR)
0,72	3	- 10,5	4,62 mm
0,84	6	- 6,9	3,53 mm
1,06	7	- 7.6	3,05 mm
0,84	-	- 16,8	0,51 mm
(nur
o,e«.	+ 8,9	3,43 mm
(nur

Ein Versagen wurde angenommen, wenn sich ein Riß oder Bruch durch die PET-Flaschenwand ausbreitet und zu einem Leck bzw. Druckverlust führt. Keine Risse wurden in den Flaschen mit derGrenzviskositätszahl (IV) 0,84 bemerkt, die nur der Laugenwaschung oder den Druck-Füllzyklen ausgesetzt waren. Flaschen, die einem vollständigen Wasch/Druck-Zyklus unterworfen wurden, versagten in sieben Zyklen oder weniger.

Aus dem obigen Ergebnis wurde geschlossen, daß die Laugen lösung als ein Spannungsbruch-Mittel wirkt, und zwar dann und nur dann, wenn Restsspannungen in den PET-Flaschen vorhanden waren, die auf geometrische Beanspruchungen zurückgehen, denen der Polyester während der Druckbeaufschlagungs-Zyklen ausgesetzt war.

Alle Risse entstanden auf der Innenfläche der Flasche und breiteten sich bis zur Außenwand aus. Verschiedene Rißeinleitungs-Mechanismen wurden bemerkt: (1) Radiale

Risse, die an dem Boden-Kontaktradius begannen und sich um den Boden herum ausbreiteten; (2) Radialrisse, die auf der Innenfläche der strukturellen Verstärkungsrippen begannen und sich um der Boden herum ausbreiteten, (3) axiale Risse, die gegenüber von der Vorformling-Einspritzöffnung entstanden und sich axial durch den Flaschenboden ausbreiteten. Alle Fehler traten in der unorientierten Bodenfläche der Flasche auf (ein«-> biaxiale Orientierung, wie sie in den Seitenwänden der Flasche auftritt, verbessert «lie Rißfestigkeit erheblich). Eine axiale Rißeinleitung ohne eine Ausbreitung zeigte sich in dem Schulter- oder Hals-Übergangsgebiet (von der unorientierten zu der orientierten PET-FIaschenseitenwand).

Es ist festzuhalten, daß es einen gewissen Grad von allmählichem Kriechen gibt (d.h. eine nicht-elastische Volumenexpansion mit der Zeit), das bei PET-Flaschen auftritt, die unter einem Innendruck stehen. Trotzdem überschritt die gesamte Volumenschrumpfung aufgrund des Waschens bei 60 "C die bei gefüllten Flaschen liegende Kriechgrenze bei 37,8 °C uvC eine zu beanstandende Verzerrung trat in dem Schulter-Übergtingsgebiet zwischen dem Flaschenkörper und dem Kaisabschluß bei allen Flaschen auf, die dem Laugenwaschen bei erhöhter Temperatur ausgesetzt waren, ebenso wie die allmähliche "Trübung" der Außenfläche der Flaschen. Diese Trübung oder Weiß-

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färbung war am stärksten betont in den Ubergangsgebieten mit geringer Orientierung zwischen amorphen, nichtorientierten Gebieten und semi-kristallinen orientierten Gebieten. Aus dem Vorangegangenen kann geschlossen werden, daß Flaschen, die unter Verwendung von gegenwärtig kommerziell akzeptabler herkömmlicher Technologie für Einweg-PET-Getränkeflaschen hergestellt werden, für Vielfachverwendung nicht geeignet sind. Die hauptsächlichen Probleme dabei sind die 60 "C-Schrumpfung, welche das Kriechen übertrifft, die während des befüllten Abschnittes eines simulierten kommerziellen Zyklusses auftritt, sowie die Spannungsriß-Ausfälle während des Waschabschnitts des Zyklusses.

An dieser Stelle sei hervorgehoben, daß die maximal zulässige Volumenabweichung +/- 1,5% beträgt und daß Ausfälle aufgrund von Rissen jeglichen Typs nicht akzeptabel sind.

Nach umfangreichen Untersuchungen wurde gefunden, daß das Riß- bzw. Bruchproblem stark vermindert werden konnte, wenn man die Verstärkung des Bodens kontinuierlich gestaltete anstatt einen mit Rippen verstärkten Boden vorzusehen. Demgemäß wurde, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ein Vorformling 10 vorgesehen. Der Vorformling 10 hat an seinem oberen offenen Ende einen geformten Gewindehalsabschluß 12 und unterhalb des Halsabschlusses 12

hat der Vorformling 10 in dem Gebiet 14 eine kontinuierlich zunehmende Wandstärke. Der Hauptteil der Länge des Vorformlings 10 hat die Form eines Körperteils 16, der im allgemeinen eine konstante Dicke hat und im Querschnitt ringförmig ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Insbesondere ist ein Bodenteil 20 mit einem allgemein so bezeichneten rinnenförmigen Teil 22 (relativ verdickter unterer Wandungsabschnitt 22) versehen, der für eine Verdickung des Bodenteiles gegenüber der Dicke des Körperteiles 16 sorgt. Während die Wandstärken des Körperteils und des Bodenteils verändert werden können, bleibt das Verhältnis von Körperteil-Wandstärke zu Bodenteil-Wandstärke konstant. Das rinnenförmige Teil 22 erstreckt sich hinunter in den Boden 24 des Vorformlings 10.

Eine Veränderung wurde auch an der resultierenden Flasche 30 vorgenommen, die mit einem Boden versehen ist, welcher einen Kontaktdurchmesser-Radius 32 hat. Wie am besten in Fig. 6 gezeigt ist, wurde der Radius 32 von 2,54 mm auf 3,81 mm vergrößert. Der Boden-Kontaktdurchmesser-Radius kann jedoch auch bis zu 7.62 mm groß sein und der Boden-Übergangsradius der Innenseite kann in der Größenordnung von 0,76 bis 1,27 mm liegen.

Vorformlinge mit dem rinnenförmigen Teil im Gegensatz zu den Rippen wurden mit einem PET mit der Grenzviskosi-

tatszahl 0,84 hergestellt und warm geblasen, um eine Flä3che zu bilden, die der Flasche 30 von Fig. 5 ähnlich ist, bei der aber der kritische Kontaktdurchmesser-Radius 32 vergrößert ist.

Diese Flaschen wurden aufeinanderfolgenden Wasch-Druck- *jVjv.i_Bn UcT GucPi uiSKütlcrLcil Art &udigr;&Pgr; &idiagr;&thgr;&Ggr;'&pgr;&Ogr;&Ggr;&iacgr;,&THgr;&Pgr; > K Si &Pgr; RiG von dem oben beschriebenen radialen Typ trat nach 10 Zyklen auf. Risse des axialen Typs begannen in den Bereichen des Bodens 34 und Schulter 36 der Flaschen nach 15 Zyklen, aber es wurden keine Ausbreitungsfehler bemerkt. Dagegen erreichte die gesamte Volumenschrumpfung 7,0 %. Eine sichtbare Verzerrung wurde in dem Schulter-Orientierungs-Übergangsgebiet beobachtet und die Flaschen zeigten eine sichtbare weiße Trübung aufgrund der Ablagerung von Laugensalzen.

Dieses Ergebnis führte zu der Schlußfolgerung, daß kommerziell akzeptable, wiederauffüllbare PET-Behälter machbar sind, wenn die Behälterstruktur die Bildung von durch die Geometrie induzierten Spannungen während der Druckbeaufschlagungszeiträume minimierte und wenn das Schrumpfungs/Verzerrungsproblem bei 60 ⁰C auf ein Niveau unterhalb von +/- 1,5% Volumenveränderung über 5 bis 10 Schleifen und bis zu 20 Schleifen vermindert werden könnte.

Es i'r': &bgr; VkI- Tti^.i.-.ologie entwickelt worden, die die Wärrnestabilität von PET-Behältern durch die Anwendung von Produktkonfiguration und Prozeß-Kontrollmerkmalen erhöht, um die prozentuale Kristallinitat der PET-ilürphologie in den blasgeformten Behältern zu erhöhen.

Die nach ASTM-Testverfahren Nr. 15Ö5 gemessene Dichte ist ein nützliches Maß für die Kristallinität:

Prozentuale Kristallinitat = X 100,

de - da

wobei: ds ·= Probendichte in gern³
da = 1,333 gern³ (amorph)
de = 1,455 gern³ (100% kristallin) ist.

Eine Erhöhung der prozentualen Kristallinität in der Behälter-Seitenwand vermindert die polymere Molekularmobilität und somit die Behälterschrumpfung bei eico.r gegebenen Temperatur.

Typische bekannte Techniken zur Hebung der Kristallinität der Seitenwand der PET-Flasche umfassen ein Setzen unter Wärme durch Blasen des Behälters in eine Form, die bei 149 "C bis 204 "C gehalten wird, und eine nachfolgende Innenkühlung.

Die neu entwickelte Technologie benutzt Behälterdesign- und Prozeßkontroll-Techniken anstelle von typi-

sehen Wärme-Setz-Verfahren, um Behälter mit einem Kristallinitätsgrad von 24 - 30% und verbesserter Wärmestabilität (d.h. Schrumpfungswiderstand bei erhöhten Temperaturen) im Vergleich mit Behältern herzustellen, die mit herkömmlicher Einweg-PET-Flaschentechnologie hergestellt wurden.

Gemäß der vorgenannten neu entwickelten Technologie kann der Vorformling auf einer herkömmlichen Streckblas-Formmaschine aufgeheizt werden, die mit einem Quarz IR-Auf heizofen ausgestattet ist, wobei der Vorformling gerade vor dem Streckblasen auf eine Temperatur in der Größenordnung von 107,2 *C bis 118,3 "C aufgeheizt wird.

Diese neu entwickelte Technologie wird im Zusammenhang mit einem Vorformling eingesetzt, der so aufgebaut ist, daß er eine anfängliche Wandstärke von 4,57 mm +/-0,51 mm und eine abschließende Wanddicke von 0,020 +/-0,51 mm +/- 0,13 mm bei einem gesamten Zugverhältnis von 8:1 ergibt. Dieser Vorformling hat ein Gewicht von 100g und eine Länge unterhalb des Halsabschlusses von 15,9 cm sowie einen Durchmesser in der Mitte von 31,8 mm.

Ferner ist die Länge des sich verjüngenden Wandteils 14 des Vorformlings stark vergrößert, was die Orientierung des Schultergebietes 36 auf bis zu 5,1 mm vom Gewinde-Abschluß erlaubt, und auf bis zu 2,54 mm für eine

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übliche 1,5-Liter-Flasche, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist.

Vorformlinge wurden aus PET-Homopolymer mit einer Grenzviskositatszahl von 0,84 spritzgeformt. Die erhöhte Wanddicke des Vorformlings gegenüber früheren Vorformlingen brachte eine partielle molekulare Rekristallisation in der Einspritzform mit sich. Somit war der Abfall in der Transparenz (d.h. Trübung) in diesen Vorformlingen meßbar höher als in den ursprünglich diskutierten Vorformlingen, die nach ASTM D-1003-Standard gemessen wurden.

Diese Vorformlinge wurden auf eine Temperatur von 118,3 "C aufgeheizt (die maximal erreichbare Temperatur vor dem Beginn der Oberflächenkristallisation). Zusätzlich wurde die Blasform-Temperatur auf 82,2 ⁰C erhöht, um eine Wärmebehandlung der Flasche vor der Entfernung aus der Blasform zu ermöglichen. Die fertiggestellten Flaschen wurden 20 simulierten Wasch/Druck-Behandlungen unterworfen. Radiale Spannungsrißfehler wurden nicht einmal nach 20 Zyklen oder Schleifen festgestellt. Verschiedene Behälter enthielten kleinere axiale Bodenrisse, die an der Einspritzöffnung des Vorformlings begannen, sich aber nicht durch die Wandung hindurch fortsetzten und somit keinen Druckabfall ermöglichten. Die endgültige Volumenverönderung betrug - 0,65%, und

liegt somit gut innerhalb der +/- 1,5% Füllpegel-Spezifikation. Dagegen lag die mittlere abschließende Vertikalität (TIR) = Total Indicator Runout) bei 5,7 mm gegenüber einer Vorgabe von 4,6 mm. Der Berstdruck überschritt 12,7 kg/cm². Andererseits versagten 40% der 6 Minuten lang bei Umgebungstemperatur getesteten, mit H_O gefüllten Behälter bei einem Aufprall von 90°. Es folgt jedoch aus dem Test, daß Flaschen, die gemäß dieser Erfindung gebildet waren, leicht 5 bis 10 Schleifen vollenden können, sogar mit der dünneren Wandstärke.

In der Druckbeaufschlagung auftretende Vertikalitätsprobleme mit eineeiligen Behältern sind typischerweise verbunden mit Variationen der Wanddicke um den Bodenkontakt- oder "Chime"-Radius herum. Unter Druck gesetzter PET wird mit der Zeit kriechen, insbesondere bex erhöhten Temperaturen. Unorientierter PET, etwa die Bodenfläche 34 des Behälters in Fig. 5, wird extensiver krichen als unorientierter PET. Außerdem wird das Kriechen mit der Abnahme der Wanddicke steigen.

Um die radiale Wanddicken-Änderung zu minimieren, muß die Einspritzöffnung sehr präzise in der Blasbasis zentriert sein. Um eine genaue Zentrierung zu erreichen, wurde der früher vorgesehene Vorformling so modifiziert, daß er einen Vorsprung 26 auf dem geschlossenen Innenende des Vorformlings hat, um in eine Vertiefung in einer

Spitze eines Streckblas-Zentrierstabes (nicht gezeigt) einzugreifen, der üblich ist. Der Zentrierstab seinerseits führt den Vorformling während des Aufblasprozesses genau zu der Mitte der Blasbasis.

Ein Versagen aufgrund eines Aufpralls bei einteiligen Behältern mit Champagnerboden-Konfiguration tritt gewöhnlich in dem unorientierten amorphen Gebiet des Bodens aufgrund der verminderten Festigkeit des Gebietes gegenüber den orientierten SeiLenwänden auf. Eine Rißbildung beginnt gewöhnlich im "Chime"-Gebiet des Radius 32 am Aufprallpunkt und setzt sich durch die Dicke der unorientierten Wand fort. Um Aufprallfehler zu minimieren, wurde der Vorformling so modifiziert, daß die Länge des rinnenförmigen Teils vermindert war, um dadurch die unorientierte Wandstärke im Chime-Gebiet (Radius 32) zu vermindern.

Um schließlicn das Auftreten einer axialen Rißbildung während der Laugenwaschung zu vermindern, wurde der Vorformling so modifiziert, daß die Wanddicke in dem Gebiet der Einspritzöffnung erhöht wurde, d.h. an dem Boden des Vorformlings, der allgemeio mit dem Bezugszeichen 24 identifiziert wird« Es ist ersichtlich, daß dieser Basisteil im allgemeinen flach ist im Gegensatz zu dem üblichen, im allgemeinen gleichbleibenden Querschnitt .

Flaschen wurden mit diesem modifizierten Vorformling-Aufbau gebildet, wie er insbesondere in Fig. 1 gezeigt ist, um Flaschen mit einem Aufbau zu bilden, wie er im allgemeinen in Fig. 5 gezeigt ist, wobei das Bodenflächen-Chime-Gebiet 40 von der in Fig. 6 gezeigten Gestalt ist und der Radius 32 3,81 mm beträgt, obwohl er auf 7,62 mm vergrößert werden kann. Die so gebildeten Flaschen, die mit der oben diskutierten Vorformling-Temperatur und Blasform-Temperatur sowie dem entsprechenden Zeitverlauf hergestellt wurden, wurden 20 aufeinanderfolgenden Laugenwasch/Druckbefüll-Zyklen ausgesetzt. Eine axiale oder radiale Rißbildung wurde nicht beobachtet. Alle Behälter lagen auch nach 20 Zyklen innerhalb der +/- 1,5% Volumenspezifikation. Die Vertikalität (TIR) lag im Mittelwert bei 2,16 mm, wobei keine einzige Flasche über 3,81 mm lag. Die Entstehung von Laugensalz auf den Behältern brachte eine gewisse Weißfärbung der Oberfläche mit sich. Der Rückstand konnte jedoch leicht durch manuelles Reiben entfernt werden.

Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß die entstehenden Behälter durch bekannte kommerzielle Prozesse weiter verbessert werden können. Beispielsweise kann eine kommerziell erhältliche Polymerbeschichtung auf die wiederbefüllbaren Behälter aufgebracht werden, um den Verschleiß bzw. die Kratzempfindlichkeit für die

Dauer der gewöhnlichen Lebensdauer zu minimieren und eine Weißfärbung der Behälteroberfläche bei wiederholten Laugenwaschzyklen zu eliminieren. Ferner können kommerziell verfügbare Vorform-Gewindeabschluß-Kristallisationsverfahren angewendet werden, um die Härte des Gewindeabschlusses zu erhöhen, wie sie erforderlich ist, um Schaden an dem kritischen oberen Abschlußradius 4 2 der Flasche zu minimieren, wie er in Fig. 5 gezeigt ist.

Der Vorformling kann auch aus einem Multilayer-Aufbau gebildet sein, der innere Sperrschichten aufweist, um die Lager-Lebensdauer auszudehnen. Die Verwendung solcher Multilayer-Vorformlinge kann erfolgen, um eine kontaminierende Absorption (wenn mit "non-food"-Produkten befüllt) und nachfolgende Produkt-Kontamination nach dem Waschen und erneuten Befüllen zu reduzieren.

Auch wenn somit ein akzeptabler Behälter zur Verfügung stand, wurde die Wirkung von höheren Kristallinitätsniveaus der Seitenwände näher untersucht. Flaschen vom oben beschriebenen Typ wurder unter identischen Bedingungen produziert mit der Ausnahme, daß die Blasform-Temperatur auf 177°C erhöht wurde und eine Innenkühlung in die Flasche eingeführt wurde, bevor die durch Wärme gesetzte Flasche aus der Blasform entfernt wurde. Die Kristallinität wurde über Seitenwand-Dichtemessungen zu 31..5 % berechnet-

Die so gebildeten Behälter wurden den Laugenwäsche-/Druckpacktests unterzogen und 60% der Proben versagten aufgrund von axialen und radialen Seitenwandrissen in weniger als 20 Zyklen. Da physikalische Messungen eine ausgezeichnete Dimensions-Stabilität anzeigten, wurde geschlossen, daß eine übermäßige Seitenwandkristallisation über 30% hinaus die Härte der biaxial orientierten PET-Matrix auf einen Punkt anhebt, wo wiederholte Ausdehnungs-/Kontraktionszyklen eine halbstarre Morphologie zum Versagen bringen.

Unter diesen Umständen muß man annehmen, daß 24 bis 30% Kristallinität ein optimales Niveau für einen wiederverwendbaren PET-Behälter darstellt, der bevorzugt in Form einer Flasche mit einem spritzgeformten Gewindehalsabschluß vorgesehen wird.

Um das Verständnis von Einzelheiten einer Flasche zu erleichtern, die 20 Zyklen aushält, sind in Fig. 5 Dimensionsangaben über die Wandstärke an verschiedenen Stellen der Flasche hinzugefügt. Wenn die Flasche nur eine geringere Anzahl von Zyklen aushalten soll, beispielsweise in der Größenordnung von 5 bis 10 Zyklen, können die verschiedenen Wandstärken geringer sein.

Obwohl nur eine bevorzugte Ausführungsform der wiederbe-

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fü.llbajr?· ■; ?rr Plri-t : Uf lasche und des Vorformlings, aus dem sie gebildet wird, genau beschrieben wurden, liegt es auf der Hand, daß kleinere Änderungen sowohl an der Flasche als auch an dem Vorformling vorgenommen werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

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Ausscheidung aus G 8?- 17 827.3

CONTIiIENTAL PET TECHNOLOGIES, INC.

Schutzansprüche

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.Ir Vorformling (10) zur Verwendung beim Blasformen | eines wiederverwendbaren transparenten befüllbaren " Behälters, wobei der Vorformling ein spritzgeformtes Teil ist, das aus Polyesther gebildet ist, einen langgestreckten Körper (16) zum Bilden eines Behälterkörpers aufweist, an seinem einen Ende geschlossen und an seinem gegenüberliegenden Ende offen ist, wobei das offene Ende des Vorformlings einen Halsabschluß (12) aufweist und der langgestreckte Körper einen Teil (14) unterhalb des Halsabschlusses (12) mit zunehmender Wandstärke hat, um einen Schulterteil des Behälters auszubilden, wobei das geschlossene Ende (20) durch einen Boden mit im allgemeinen halbkugelförmiger Außenfläche definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende (20) des Vorformling-Körpers einen zylindrischen bodenbildenden Profilteil (22) mit bezüglich der Wandstärke des Vorformling-Körpers (16) größerer Wandstärke aufweist.
2. Vorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Boden einen inneren mittig gelegenen axial sich erstreckenden Vorsprung (26) aufweist, der Zentriermittel zum Eingriff durch einen Zentrierstab

während des Blasformens des Vorformlings definiert.
3. Vorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling-Boden eine im allgemeinen flache, querverlaufende Innenfläche (24) hat.
4. Vorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Vorformling-Körper (16) eine Wandstarke aufweist, die sieben bis zehn mal die Stärke des entstehenden Behälterkörpers (30) beträgt.
5. Vorformling nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling-Körper (16) einen Außendurchmesser von 34 bis 37% des Außendurchmessers eines entstehenden Behälterkörpers (30) aufweist.
6. Vorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilteil (22) eine Länge einschließlich des Vorformling-Bodens (20) hat, die 0,35 bis 0,45 so groß wie der Durchmesser eines entstehenden Behälterkörpers ist.
7. Vorformling nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilteil (22) eine Wandstärke von 1,10 bis 1,25 mal der Wandstärke des Vorformling-Körpers aufweist.
8. Vorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Vorformling-Polyester aus Polyethylen-Terephthalat (PET)-Homopolymer oder -Copolymer mit einer Grenzviskositatszahl (intrincis viscosity IV) von 0,72 bis 0,84 gebildet ist.

HER/bm